秸稈和氮肥耦合管控對鹽漬化土壤地力綜合效應(yīng)的影響

摘要：為研究河套灌區(qū)鹽漬化土壤秸稈配施氮肥模式下土壤水鹽遷移特征規(guī)律，明晰該模式下地力提升綜合評價效應(yīng)，通過田間試驗，設(shè)置3種秸稈還田量[無秸稈還田（CO）、4500 kg·hm-2（C1）、9000 kg·hm-2（C2）]和3種施肥水平[不施氮（NO）、傳統(tǒng)施氮量減氮30%即210 kg·hm-2（N1）、300 kg·hm-2（N2）1。結(jié)果表明：灌水后秸稈隔層形成了“蓄水層”和“隔鹽層”，秸稈隔層及上層土壤儲水量較無秸稈還田顯著提高22.19%、脫鹽率提高18.20%，在秸稈下層土壤呈現(xiàn)不同程度積鹽，耕層土壤鹽分始終隨秸稈還田量的增加而降低，C2處理脫鹽效果最好。秸稈腐解呈指數(shù)衰減趨勢增長，秸稈腐解速率前60d快，后90d逐漸減緩。秸稈還田量和施氮量均對秸稈腐解有顯著影響，C2N2處理秸稈累計腐解率為67.02%，較C2NO處理提高29.57%，配施氮肥可刺激秸稈中有機物分解和營養(yǎng)物質(zhì)釋放。單施氮肥嚴重降低了土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分的供應(yīng)，同時添加秸稈明顯降低了土壤無機氮的殘留量。秸稈還田與氮肥的互作對玉米產(chǎn)量有極顯著影響，C2處理玉米產(chǎn)量隨施氮量的增加呈先增后減趨勢。氮素過多會抑制秸稈腐解，降低土壤中養(yǎng)分的積累，從而影響作物生長，C2N1處理的產(chǎn)量最高為16 985 kg·hm-2，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥CON2處理提高9.47%。綜合考慮土壤結(jié)構(gòu)、水鹽運移、養(yǎng)分釋放及作物產(chǎn)量，采用熵值法建立綜合評價回歸模型，結(jié)果表明玉米秸稈還田量9 000 kg·hm-2配施氮肥210 kg·hm-2為最佳模式。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；施氮量；秸稈腐解；土壤水鹽分布；玉米；產(chǎn)量

中圖分類號：S156.4 文獻標志碼：A 文章編號：1672-2043（2024）08-1771-15 doi：10.11654/jaes.2023-0955

土壤鹽漬化是土地質(zhì)量退化的重要因素，尤其在干旱和半干旱地區(qū)更為突出。內(nèi)蒙古河套灌區(qū)既是黃河流域重要的商品糧生產(chǎn)基地，也是生態(tài)屏障的重要組成部分，據(jù)報道，灌區(qū)有45.1%的耕地存在鹽漬化問題，這成為了灌區(qū)建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田的障礙和區(qū)域生態(tài)環(huán)境的潛在威脅。鹽漬化土壤自身的氮供應(yīng)能力不足，因此需要大量的氮肥施用來彌補，這進一步引發(fā)灌區(qū)土壤次生鹽漬化和區(qū)域面源污染發(fā)生，威脅了黃河流域生態(tài)保護及高質(zhì)量發(fā)展。秸稈作為農(nóng)作物生產(chǎn)中主要的副產(chǎn)品，全國年產(chǎn)量超8.1億t，直接還田量占總量的39%。提升鹽漬化土壤自身供氮能力，同時有效利用秸稈以提高氮肥利用效率，是提升灌區(qū)土壤肥力、增加糧食產(chǎn)能和保護生態(tài)的關(guān)鍵科學(xué)問題。

有研究通過各種灌溉及耕作模式降低耕層土壤中的鹽分含量。研究表明，深層土壤和淺層地下水中的鹽分會通過毛細作用向上運移并在耕層土壤中累積。在鹽堿地區(qū)翻埋秸稈，其秸稈隔層可改善土壤團聚狀況和土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤孔隙度和通氣性，秸稈隔層組成的毛管屏障對灌溉水在土層中的入滲具有重要影響。毛細水在土壤內(nèi)部滯留時間越長，秸稈隔層對水分蒸發(fā)的抑制效果越明顯，隔層可減少水分散失并防止鹽分在耕層土壤中積累，從而緩解對作物的鹽分脅迫，提高玉米產(chǎn)量。但也有研究表明，秸稈中所含氮素相對較少，且在自然狀態(tài)下緩慢分解，其在土壤中長期積存和滯留會對土壤墑情和作物的生長產(chǎn)生影響。秸稈的腐解狀態(tài)會隨施氮量和還田時間的增加呈現(xiàn)出不同的變化，而不同腐熟程度的秸稈也會對其保水和阻鹽效果產(chǎn)生影響。秸稈不僅可作為改良鹽漬土的潛在屏障材料，還可以為作物生長提供長期的養(yǎng)分供應(yīng)，是一種寶貴的營養(yǎng)物質(zhì)來源。秸稈還田可以為土壤中微生物和酶提供能量，會引起土壤養(yǎng)分的激發(fā)效應(yīng)，使得土壤中原有的有機質(zhì)發(fā)生礦化作用，秸稈的腐解也會釋放出豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，但秸稈的分解和養(yǎng)分釋放程度與氮肥的施用量有密切聯(lián)系。外源氮肥的添加可以刺激秸稈中營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，同時避免微生物在秸稈分解過程中與作物爭氮。秸稈還田與化肥配施逐漸成為重要的施肥模式和秸稈管理措施，因此，掌握合理施用氮肥和秸稈腐解規(guī)律，對秸稈快速腐解、控制養(yǎng)分的超量積累和提高土壤肥力有著重要的科學(xué)意義。

秸稈還田對于改良鹽漬化土壤具有良好的效果，長期研究表明無機肥與秸稈還田配施對養(yǎng)分周轉(zhuǎn)具有積極作用，但關(guān)于氮肥配施秸稈還田對耕地土壤養(yǎng)分狀況的短期影響鮮有報道，特別是秸稈原位腐解及養(yǎng)分釋放特征規(guī)律未知。因此，本試驗旨在量化玉米生育期內(nèi)秸稈的質(zhì)量分解過程，形態(tài)發(fā)生變化的秸稈對土壤水鹽調(diào)控的影響，并通過配施氮肥控制土壤養(yǎng)分的超量積累。本試驗選用熵值法對不同秸稈還田模式下的土壤結(jié)構(gòu)、水鹽運移、養(yǎng)分釋放及作物產(chǎn)量做出綜合評價，并根據(jù)各指標建立綜合評價回歸模型。針對河套灌區(qū)鹽漬化土壤提出合理的秸稈配施氮肥模式對提高糧食產(chǎn)量、高效利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品和減少氮素面源污染具有重要現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗田位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市五原縣科技小院實驗站（41°07＂N，108°04＂E），高程1021m，屬干旱半干旱氣候區(qū)。試驗站多年平均氣溫6.1℃，降雨量169 mm，無霜期119-138 d，全年日照時數(shù)約3 260 h。試驗區(qū)土壤質(zhì)地為粉砂壤土，耕層土壤基本理化性狀為：容重1.53 g·cm-3，含鹽量3.49 g·kg-1，pH 8.19，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)8.66 g·kg-1，全氮質(zhì)量分數(shù)0.56 g·kg-1，速效磷質(zhì)量分數(shù)15.87 mg·kg-1，速效鉀質(zhì)量分數(shù)105.39mg·kg-1。2022年玉米生育期（5-9月）氣溫和土壤溫度如圖1所示，降雨量、灌水定額及地下水位變化如圖2所示。由于受周圍向日葵春灌影響，試驗區(qū)玉米苗期地下水位持續(xù)上升至0.3 m左右后開始下降。

1.2 試驗設(shè)計

2021年玉米收獲后將秸稈粉碎至小于5 cm的段狀，利用機械將秸稈深翻在地表下30 cm處，播種前將耕地土壤疏松耙平，覆膜種植，玉米品種為先玉1321。參考當(dāng)?shù)亟斩捘昶骄a(chǎn)量，設(shè)計全量還田為9 000 kg·hm-2，施氮量根據(jù)當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施氮量設(shè)計為300 kg·hm-2，由于秸稈會消耗一部分土壤速效氮，而且在秸稈腐解過程中會釋放出一部分養(yǎng)分代替氮肥的作用，因此為探討秸稈配施氮肥模式下地力提升綜合效應(yīng)，另設(shè)置秸稈還田量一半（4 500 kg·hm-2）、傳統(tǒng)施氮量減氮30%（210 kg·hm-2）處理，并設(shè)置單施秸稈或單施氮肥為對照處理。因此，試驗設(shè)置3種秸稈還田量[無秸稈還田（CO）、4 500 kg·hm-2（C1）、9 000kg·hm-2（C2）]和3種施氮水平[不施氮（NO）、210 kg·hm-2（N1）、300 kg·hm-2（N2）]共9個處理。各試驗小區(qū)面積為42 m2（長7m、寬6m），3次重復(fù)，小區(qū)間留1m寬隔離帶并在四周用塑料膜隔開，防止互相干擾。采用黃河水進行各小區(qū)精準定量灌溉，生育期內(nèi)灌水3次，單次灌溉定額為90 mm，灌水時間為玉米拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期。于播種前將200-/0氮肥以及磷肥（100 kg·hm-2）和鉀肥（100 kg·hm-2）作為基肥一次性施入，并于拔節(jié)期和抽雄期分別追施40%氮肥，其中氮肥選用普通尿素，磷肥選用粒狀重過磷酸鈣，鉀肥選用硫酸鉀。

1.3 樣品采集與測定

（1）秸稈腐解率和腐解速率

試驗采用尼龍網(wǎng)袋法，分別稱取粉碎的玉米秸稈100 g和60 g裝入尼龍網(wǎng)袋中，并深埋在地表30cm以下。于播種后第30、60、90、120、150天取樣，樣品徑?jīng)_洗并烘干至恒質(zhì)量后采用失重法計算秸稈腐解率及腐解速率。

S=（W0-Wt）/W0×100%（1）

R=（W0-W）／t（2）

式中：S為秸稈腐解率，%；R為秸稈腐解速率，g·d-1；W0為秸稈腐解前初始質(zhì)量，g；Wt為第t天取樣時秸稈腐解后剩余質(zhì)量，g；t為腐解時間，d。

（2）土壤理化性質(zhì)

采集各處理0-40 cm耕層土樣，利用石墨消解儀測定有機質(zhì)含量，紫外分光光度計測定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，環(huán)刀法測定土壤容重，并計算孔隙度。

pb=MS/Vt（3）

Φ=（1-ρd/2.65）×100%（4）

式中：ρb為土壤容重，g·cm-3；Ms為土壤干質(zhì)量，g；Vt為環(huán)刀體積，cm3；Φ為土壤孔隙度，%。

（3）土壤含水率及電導(dǎo)率

采用烘干法測定土壤含水率，采用電導(dǎo)率儀測定土壤浸提液電導(dǎo)率（EC），每10 d測定1次，并于玉米播種前、收獲后及灌水前、后加測，測定土層深度為1m，20 cm為一層。

（4）產(chǎn)量及相關(guān)指標測定

各小區(qū)成熟期測產(chǎn)采用3點取樣法，每個樣點面積為1 m×1 m，同時測定百粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、穗粗和穗長。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Origin處理并繪圖，應(yīng)用SPSS進行方差分析及相關(guān)性分析，采用Waller-Duncan法進行顯著性檢驗（P＜0．05），并用Surfer軟件進行網(wǎng)格化處理，制作等值線圖。

通過熵值法計算各指標的權(quán)重，求出綜合評價值，進行改良性綜合評價與排序，分析各處理對土壤和作物的綜合影響。

對各項指標進行標準化處理。

式中：Uij為各處理某一指標的標準化值；Xij為各處理某一指標的測定值；Xmax為各處理中某一指標測定值的最大值；Xmin為各處理中某一指標測定值的最小值。為了便于下一步的熵值計算，本文對標準化指標數(shù)據(jù)進行0.000 1個單位的平移，其目的單純是為了方便計算而進行的數(shù)學(xué)處理，不會對分析結(jié)果造成影響。

計算各項指標對應(yīng)的熵值及權(quán)重。

式中：ej為第j項指標的熵值即各處理組合第j指標的貢獻率。

通過熵值法計算各項指標的權(quán)重。

式中：Wj為第j項指標的權(quán)重。

計算綜合評價值。

式中：D為中度鹽堿地土壤改良綜合評價值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈氮肥配施對土壤結(jié)構(gòu)的影響

從圖3分析可以看出，秸稈還田處理耕層（0-40cm）土壤物理性質(zhì)發(fā)生了顯著的變化，且秸稈氮肥配施下影響效果更顯著（P＜0.05）。C2處理和C1處理較CO處理相比土壤容重降低3.00%-5.03%，C2NO處理土壤容重最低為1.51 g·cm-3（圖3a），秸稈中碳含量相對較多，同時碳作為微生物群落增殖的底物促進了土壤之間的結(jié)合，使分散的土壤顆粒形成團聚體，有助于維持土壤的良好結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，從而降低土壤的容重。此外，秸稈深翻還田有效地打破了犁底層，增加了地下根系的活動，并促進了孔隙的形成，土壤孔隙度增加2.83%-7.77%（圖3b）。在秸稈還田量一定的情況下，N2處理和N1處理與NO處理相比土壤容重降低1.26%-1.99%（圖3a），施氮促進了玉米根系發(fā)育，以此降低土壤容重，同時添加的外源氮肥通過促進秸稈腐解向土壤提供大量分解物與土壤顆粒結(jié)合形成穩(wěn)定的團粒結(jié)構(gòu)，土壤孔隙度增加了1.75%-2.83%（圖3b）。

2.2 不同秸稈氮肥配施對土壤水鹽的影響

2.2.1 土壤含水率變化

由圖4分析可以看出，土壤含水率隨土層深度的增加呈現(xiàn)遞增的趨勢，各處理土壤含水率隨灌溉和降雨而增加，隨作物蒸騰和蒸發(fā)作用而逐漸降低。灌水后，C2處理（圖4h至圖4j）和CI處理（圖4d至圖4f））較CO處理（圖4a至圖4c）秸稈上層土壤含水率增加了0.60% - 7.32%，秸稈隔層土壤孔隙度變大，隔層土壤含水率增加了6.28%-22.19%，秸稈下層土壤含水率降低了1.39%-9.16%。土壤水分入滲過程中在秸稈隔層處發(fā)生突變，導(dǎo)致水分在耕層土壤中停留時間變長。收獲后C2處理和C1處理分別較CO處理秸稈上層土壤含水率降低了1.65%-8.57%，秸稈隔層隨壓實和腐解作用保水效果逐漸減小，秸稈下層土壤含水率增加了5.97% - 15.99%，這是因為隨著秸稈隔層對土壤毛管連續(xù)性的阻滯作用增強，深層土壤中水分的向上運移減少。秸稈全量還田時N2處理和N1處理較NO處理秸稈隔層土壤含水率增加了3.71%-8.11%（圖4h至圖4j），隨著添加外源氮素促進秸稈腐解，增加的土壤有機質(zhì)可以改善土壤團聚體狀況，提高耕層土壤保水效果，秸稈下層土壤含水率降低了2.30% -2.66%。秸稈全量還田對0-40 cm土層含水率的影響更大，這是由于翻埋的秸稈阻斷了毛管水上升，同時隔層厚度的差異使其具有較高的保水效果。

2.2.2 土壤鹽分變化

秸稈還田配施氮肥對各土層EC值變化的影響如圖5所示，分析顯示，生育期內(nèi)秸稈隔層及上層土壤EC值呈現(xiàn)先減后增的變化趨勢。灌水后，C2處理（圖Sh至圖5j）和C1處理（圖5d至圖5f）較CO處理（圖5a至圖5c）秸稈上層土壤積鹽量降低了10.88%-46.43%，秸稈隔層土壤積鹽量降低了2.94%- 30.43%，秸稈隔層提高了0-40 cm土層土壤孔隙度，增加了上層土壤鹽分向下淋洗的途徑，同時也阻隔了下層土壤鹽分通過毛細作用向上運移，從而使秸稈下層土壤積鹽量增加了2.28%-56.96%（圖5）。收獲后，C2和C1處理分別較CO處理秸稈上層土壤積鹽量降低了8.57%-18.20%，隨著時間的推移，深層土壤中累積的鹽分隨著蒸發(fā)逐漸向上移動，C2和C1處理秸稈隔層土壤脫鹽率為3.08%-28.00%。秸稈下層土壤EC值在0.45-0.52之間，C2和C1處理較CO處理秸稈下層土壤EC值升高了1.12%- 9.91%，這說明秸稈層有明顯的阻鹽作用。C2和C1處理在秸稈隔層呈不同程度脫鹽效果，而C0處理在相應(yīng)土層積鹽，秸稈層在一定程度上減緩了地下水的蒸發(fā)速率，從而降低了秸稈層以下的鹽分含量。秸稈深埋措施形成的“隔鹽層”改變了鹽分表聚和深層積聚并行的積鹽特征，各處理深層土壤均呈現(xiàn)不同程度的積鹽，且秸稈還田量越多土壤鹽分含量相對更穩(wěn)定。

2.3 不同秸稈氮肥配施對秸稈自身變化的影響

秸稈腐解速率整體表現(xiàn)為前期快，后期逐漸減緩，生育期內(nèi)秸稈腐解率與時間呈正比（圖6）。在腐解前期（玉米播后30 d），腐解速率為0.32-1.08 g·d-1（圖6b），累積腐解率為16.23%-32.49%（圖6a）。腐解中期（30-90 d），腐解速率為0.09-0.42 g-d—1，累積腐解率為9.10%-24.90%，秸稈腐解速率較前期顯著下降了7.13%-12.81%。腐解后期（90-150 d），腐解速率降低至0.03-0.17 g·d-1，累積腐解率為3.31%-10.02%，后期秸稈中剩余部分多為纖維素和木質(zhì)素等難分解的物質(zhì)，導(dǎo)致各處理秸稈腐解速率變緩并降至最低。外源氮素對后期秸稈腐解有促進作用，C2N2處理秸稈腐解速率最高，腐解率為10.02%，較C2N1、C2N0處理提高了1.59%、3.99%。

施氮量相同時，秸稈全量還田易分解物質(zhì)多且儲水量更大，為秸稈腐解提供了有利條件，C2處理較C1處理秸稈累積腐解率提高了14.07%- 30.87%。秸稈殘留量隨施氮量的增加而降低（圖6c和圖6d）。秸稈量為C2處理時，N2處理秸稈殘留量最低，為32.98 g，N2和N1處理秸稈累計腐解率較NO處理提高了29.57%和23.15%。在C1處理時，N2處理秸稈殘留量最低，為29.28 g，N2和N1處理秸稈累積腐解率較N0處理提高18.37%和14.95%。秸稈中碳素含量較高，而添加外源氮肥后微生物能夠獲得額外的氮素，調(diào)節(jié)了土壤碳氮比，這可能為土壤微生物的生長和代謝提供了有利條件，從而提高了微生物活性，促進了秸稈腐解。結(jié)果說明氮肥在一定程度上降低了秸稈殘留量，提高了累積腐解率，其中C2N2處理促進秸稈腐解效果最好，最終累計腐解率最高，為67.02%。

2.4 不同秸稈氮肥配施對土壤養(yǎng)分釋放的影響

2.4.1 對土壤有機質(zhì)含量的影響

由圖7分析可知，C2和C1處理分別較C0處理有機質(zhì)含量顯著增加1.98 -4.55、0.08-5.98 g·kg-1（P＜0.05），單施氮肥嚴重降低了土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分的供應(yīng)。秸稈還田顯著增加了20-40 cm土層有機質(zhì)含量（P＜0.05），C2和C1處理較C0處理有機質(zhì)含量分別增加了3.15-2.94、0.13-2.05 g·kg-1。秸稈還田量相同時，不同施氮處理對土壤有機質(zhì)含量的效應(yīng)不一致，C2N1和C2N2處理較C2N0處理耕層土壤有機質(zhì)含量顯著提高了41.08%和25.38%（P＜0.05）。外源氮肥的加入刺激了秸稈中的營養(yǎng)物質(zhì)釋放，促進了有機物分解和養(yǎng)分釋放，但過量氮肥會降低土壤有機質(zhì)含量。如果沒有足夠的可利用的無機氮，微生物只能通過礦化土壤有機質(zhì)來獲得其優(yōu)化生長所需的氮素營養(yǎng)，從而會導(dǎo)致土壤中有機質(zhì)含量降低。而氮素含量越多時，相應(yīng)會消耗更多的碳素，而碳素主要來源于土壤有機質(zhì)，因此也會導(dǎo)致碳儲量的降低。

2.4.2 對土壤無機氮含量的影響

由圖8分析可知，收獲后各處理0-40 cm土層土壤硝態(tài)氮、較態(tài)氮含量的總體變化范圍分別為5.96-14.67 mg·kg-1（圖8a）和25.48-38.21 mg·kg-1（圖8b）。無秸稈還田時N2處理較N1、N0處理硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量分別顯著提高了6.3-9.71 mg·kg-1和9.77-11.94mg·kg-1（P＜0.05），這表明單施氮肥會提高無機氮在土壤中的殘留。相同施氮量時，秸稈還田有效提高了氮肥的利用效率，C2N2處理較C0N2處理硝態(tài)氮含量顯著降低了15.32%，銨態(tài)氮含量升高了2.12%，較C1N2處理顯著提高了33.22%和22.71%，由于秸稈腐解過程中消耗了部分氮素，其中C0N2處理硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量分別為15.67、37.42 mg·kg-1。

2.4.3 秸稈腐解和土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

將土壤養(yǎng)分含量與秸稈腐解進行相關(guān)性分析（圖9）。由圖9可知，秸稈還田量與土壤有機質(zhì)含量、秸稈腐解率呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），氮肥施用量與銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量呈顯著正相關(guān)（P＜0．05），硝態(tài)氮和銨態(tài)氮呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），土壤有機質(zhì)含量與秸稈腐解率呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。上述結(jié)果說明秸稈還田配施適量氮肥可以加快作物秸稈的腐解，有利于0-40 cm土壤有機質(zhì)的積累。秸稈還田可改善土壤理化性質(zhì)，而且可為微生物的繁殖和活動提供能量，促進土壤微生物活性提高和養(yǎng)分循環(huán)。

2.5 不同秸稈氮肥配施對產(chǎn)量的影響

通過方差分析可知（表1），氮肥與玉米產(chǎn)量及相關(guān)性狀呈顯著性相關(guān)，秸稈還田與氮肥的互作對玉米的產(chǎn)量和百粒質(zhì)量有極顯著的影響（P＜0.01）。相同施氮量時，C2處理較C1和C0處理產(chǎn)量增加了11.6%-43.22%，產(chǎn)量隨秸稈還田量增加而升高。秸稈還田量相同時，N2處理較N1處理和N0處理產(chǎn)量增加了4.25% - 32.22%，C2N2處理較C2N1處理產(chǎn)量降低了4.77%。氮素過多時會抑制秸稈腐解，降低土壤中養(yǎng)分的積累，從而影響作物生長，導(dǎo)致產(chǎn)量和百粒質(zhì)量隨施氮量的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，C2NI處理的產(chǎn)量最高，為16 985 kg·hm-2，百粒質(zhì)量為37.54 g，且與其處理差異達到了顯著水平，相比當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥CON2處理增產(chǎn)了9.47%，C2N1和C2N2、CON2處理的穗粒數(shù)、穗粗和穗長之間差異不顯著，但較CONO處理的穗粒數(shù)和穗長顯著提高。

2.6 綜合評價

根據(jù)各指標與土壤改良效果的相關(guān)性（有機質(zhì)、產(chǎn)量和含水率與改良效果呈正相關(guān)，EC、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和土壤容重與改良效果呈負相關(guān)），以土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量為評價指標，采用熵值法計算各處理土壤改良效果的D值，結(jié)果如表2所示。D值反映不同處理土壤改良效果，D值越大，改良效果越好。D值排序為C2N1＞C1N1＞C2N2＞C0N1＞C2N0＞C1N0＞C1N2＞C0N2＞C0N0，各處理中C2N1處理D值最高，為0.71，表明9 000 kg·hm-2秸稈還田量配施210 kg·hm-2氮肥條件對土壤養(yǎng)分、水鹽及產(chǎn)量提升綜合效果最佳。N2處理綜合排名均相對較后，說明施用過多的氮肥對鹽漬化土壤各指標提升效果不明顯，同時多余的氮素向下淋溶可能帶來地下水污染的風(fēng)險。

為更快捷地評價土壤改良情況，利用回歸分析對各指標進行篩選，建立土壤—作物綜合評價的數(shù)學(xué)模型。將7個評價指標作為自變量，D值作為因變量，進行逐步回歸分析建立回歸方程：

D=0.03 3X1+0.023X2+ 0.025X3-0.702X4-0.004X5 -0.026X6-1.196X7+2.474（9）

方程決定系數(shù)（R2）為0.83，代表回歸方程可以很好地反映不同耕作模式下土壤改良情況。只需要測定Ⅺ（土壤有機質(zhì)含量，g·kg-1）、X2（玉米產(chǎn)量，t·hm-2）、X3（灌后土壤含水率，%）、X4（灌后土壤EC值，dS·m-1）、X5（土壤硝態(tài)氮含量，mg·kg-1）、X6（土壤銨態(tài)氮含量，mg·kg-1）和X7（土壤容重，g·cm-3）7個指標，利用方程便可估算出D值，從而對土壤改良情況進行準確評價。

3 討論

3.1 不同秸稈氮肥配施土壤結(jié)構(gòu)及水鹽的變化

秸稈還田可以改善土壤結(jié)構(gòu)和水鹽狀態(tài)，其在作物生長和發(fā)育中起重要作用。本試驗分析結(jié)果表明秸稈還田可以改善土壤結(jié)構(gòu)和團聚狀況，提高土壤孔隙度，這與李榮等的研究結(jié)果一致。本試驗還發(fā)現(xiàn)秸稈還田量越大改良效果越好，隨秸稈還田量增加，土壤容重呈降低趨勢，且土壤孔隙度增大。但隨著施氮量的增加，土壤容重升高、孔隙度下降。有研究表明土壤與秸稈層的孔隙度差異影響其導(dǎo)水率，這是由于土壤水勢在秸稈隔層處發(fā)生突變，導(dǎo)致水分入滲過程發(fā)生相應(yīng)變化。本試驗發(fā)現(xiàn)秸稈隔層提高了耕層土壤的儲水量，灌水后C2處理秸稈上層及秸稈隔層土壤含水量較C0處理提高了7.32%和22.19%，秸稈隔層對土壤毛管水產(chǎn)生阻滯作用，延長了水分向深層土壤中的運移時間。王惟帥等和李芙蓉等的研究結(jié)果也表明秸稈減緩了土壤水分的入滲速度，增加了水分在秸稈隔層上方的滯留時間。本試驗中秸稈還田處理在0-40 cm土層呈現(xiàn)不同程度的脫鹽，有研究表明，在40-100 cm土層均呈現(xiàn)不同程度的積鹽，隨秸稈還田量增加效果越顯著，且深層土壤鹽分含量相對更穩(wěn)定。這是由于土壤結(jié)構(gòu)的變化，增加了上層土壤鹽分向下淋洗的途徑，耕層土壤中積累的鹽分會被灌溉水帶到更深的土層，同時也阻隔了下層土壤鹽分通過毛細作用向上運移。然而在生長后期土壤含水量較低，尤其是C2N1和C2N2處理較為顯著，這是由于秸稈受壓實和腐解作用影響，秸稈層儲水能力減弱，同時秸稈在自然分解時會消耗一部分水分，而秸稈釋放養(yǎng)分促進玉米生長發(fā)育也會導(dǎo)致更多土壤水分被消耗。蒸發(fā)作用受秸稈隔層的影響，阻礙了溶解在地下水或深層土壤中的鹽分上升到耕層土壤，減少了生長后期根區(qū)鹽積累，并促進了玉米的生長。

3.2 不同秸稈氮肥配施秸稈自身腐解及土壤養(yǎng)分的變化

有研究表明，秸稈腐解速度呈指數(shù)衰減趨勢增長，本試驗中秸稈腐解規(guī)律與之相似，即在前期快速腐解，中后期腐解速率變緩并趨于平穩(wěn)，這是由于秸稈等有機物料中存在易分解和難分解的化合物。C2N2處理較C1N2處理秸稈累積腐解率提高了30.87％，這是由于秸稈全量還田中易分解物質(zhì)與可溶性有機化合物較多，同時土壤較高的溫度和較大的儲水量為秸稈腐解提供了有利條件。Janzen等和Gilmour等的研究表明作物秸稈腐解速率的差異與氮素含量呈正相關(guān)。由于玉米秸稈中氮素含量較低，本試驗結(jié)果表明施加外源氮肥顯著提高了玉米秸稈的可分解部分，C2N2和C2N1處理秸稈腐解率分別較C2N0處理顯著提高了29.57%和23.15%，而不施氮肥處理秸稈最終自然分解量不足其初始值的40%。麥逸辰等的研究結(jié)果表明秸稈在田間最終轉(zhuǎn)化成有機質(zhì)積累在土壤中，本試驗中土壤有機質(zhì)含量和秸稈腐解率呈極顯著正相關(guān)（P＜0．01）。研究發(fā)現(xiàn)，秸稈釋放的養(yǎng)分取決于土壤微生物介導(dǎo)的固持作用與礦化作用之間的凈平衡，本試驗中秸稈單獨還田時土壤有機質(zhì)含量顯著降低，施加外源氮肥顯著增加了秸稈中養(yǎng)分的釋放。張素瑜等的研究也表明配施氮肥會刺激秸稈中有機物分解和營養(yǎng)物質(zhì)釋放，本試驗發(fā)現(xiàn)過量的氮肥反而會降低土壤有機質(zhì)含量，這可能是由于氮素過多時會抑制秸稈腐解過程中酶的活性，從而降低了養(yǎng)分的積累。本試驗結(jié)果表明秸稈還田配施氮肥比單獨施用氮肥更有效降低了氮素在土壤耕層的殘留量，這可能是由于秸稈腐解過程中需要消耗一部分氮素，這與馬永財?shù)鹊难芯拷Y(jié)果一致。秸稈分解釋放大量養(yǎng)分，促進玉米根系吸收氮素，從而降低了土壤無機氮含量的累計殘留量，改善了土壤水肥狀況、實現(xiàn)了養(yǎng)分循環(huán)再利用。

3.3 不同秸稈氮肥配施對土壤及作物的綜合評價

本試驗結(jié)果表明，秸稈還田可改變土壤條件，有利于玉米生長和產(chǎn)量提升，與馬永財?shù)鹊难芯拷Y(jié)果一致。白偉等的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈配施氮肥顯著增加了玉米百粒質(zhì)量和行粒數(shù)。本試驗中僅添加秸稈時，C1和C2處理玉米產(chǎn)量均較C0處理有所增加，但差異不顯著，而配施氮肥使C1處理和C2處理的玉米產(chǎn)量提高了11.6% -43.22%，可見，秸稈還田配施氮肥對產(chǎn)量有顯著影響。但是也有研究表明，秸稈碳氮比較高，在秸稈腐化過程中需要消耗土壤中大量氮肥，從而導(dǎo)致土壤中氮素不足，對作物生長產(chǎn)生極大的影響甚至造成減產(chǎn)。本試驗結(jié)果表明在玉米生長前期，未腐解的秸稈為玉米提供了充足的水分，延長了灌溉時間，促進了作物的生長，為生長后期吸收土壤養(yǎng)分打下了良好的基礎(chǔ)。而在作物生長后期，腐熟的秸稈為玉米籽粒的生長提供了充足的養(yǎng)分，氮肥的配施避免了還田秸稈腐解前期與微生物爭氮產(chǎn)生的不利影響，同時提高了作物氮肥利用率。與單施氮肥相比，秸稈還田下N2處理較N1和N0處理產(chǎn)量增加了4.25%-32.22%，表明秸稈還田配合氮肥施用可有效降低氮肥施用量，不僅提升作物產(chǎn)量，還能降低化肥成本，同時減輕農(nóng)業(yè)面源污染。綜合考慮土壤結(jié)構(gòu)、水鹽運移、養(yǎng)分釋放及作物產(chǎn)量確定了在鹽漬化土壤上秸稈還田量為9 000 kg·hm-2時應(yīng)配施氮肥量210 kg·hm-2的模式，在合理利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品資源的情況下降低了30%的氮肥用量，這不僅為作物生長創(chuàng)造了適宜環(huán)境，而且可得到較大的產(chǎn)量效益。

本試驗立足河套灌區(qū)秸稈深埋配施氮肥技術(shù)在大田作物上的應(yīng)用，研究了不同施氮量與秸稈還田量耕作模式間的互作效應(yīng)，提出了鹽漬化土壤下最優(yōu)秸稈還田配施氮肥方案，為河套灌區(qū)鹽堿地綜合改良及實現(xiàn)資源高效利用提供了科學(xué)依據(jù)。但本試驗未考慮土壤微生物種類及數(shù)量等因素對秸稈腐解產(chǎn)生的綜合影響，應(yīng)進一步探明秸稈還田對土壤理化性質(zhì)的影響規(guī)律及其作用機理。

4 結(jié)論

（1）秸稈還田處理改變了土壤結(jié)構(gòu)，使耕層土壤容重降低了3.00% - 5.03%，并增加了土壤的孔隙度，對鹽漬土水鹽運移影響效果增強，在玉米生育期內(nèi)使0-40 cm土壤含水率提高了6.28%-22.19%，脫鹽率提高了8.57%-18.20%，秸稈隔層延長了灌溉效果并促進了鹽分淋洗，減少了土壤水分蒸發(fā)導(dǎo)致的鹽分表聚，形成了“蓄水層”和“隔鹽層”，為玉米生長前期提供了充足的水分供應(yīng)。

（2）生育期內(nèi)秸稈腐解前期快，中后期逐漸減緩，氮肥減少了腐解后期的秸稈殘留量，較秸稈單獨還田相比配施氮肥處理使秸稈累積腐解率提高了14.95%-29.57%。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，秸稈的腐解影響著土壤有機質(zhì)含量，秸稈腐解釋放養(yǎng)分過程影響了鹽漬土養(yǎng)分的礦化和硝化作用。秸稈還田并減施氮肥與傳統(tǒng)施氮相比可以降低氮素淋洗的環(huán)境污染風(fēng)險，減少鹽漬化土壤氮素損失，腐解的秸稈可為玉米生長后期提供充足的養(yǎng)分供應(yīng)。

（3）秸稈還田與氮肥的互作對玉米產(chǎn)量和百粒質(zhì)量有極顯著影響（P＜0．01），9 000 kg·hm-2秸稈還田配施210 kg·hm-2氮肥處理的產(chǎn)量最高，為16 985 kg·hm-2，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥（施氮300 kg·hm-2，無秸稈還田）處理提高了9.47%。選用熵值法對不同秸稈還田模式下土壤結(jié)構(gòu)、水鹽運移、養(yǎng)分釋放及作物產(chǎn)量做出綜合評價，并根據(jù)各指標建立綜合評價回歸模型。本試驗中建議適宜鹽漬化土壤的施肥模式為秸稈全量還田9 000 kg·hm-2配施210 kg·hm-2氮肥。

基金項目：國家科技重大專項（2021YFD1900602-06）；國家自然科學(xué)基金項目（52369008）